Solar Enerji - Güneş enerjisi - Fotovoltaik sistem - Güneş panelleri nasıl yapılır? - Güneş Paneli Nasıl Çalışır?
Güneş enerjisi, kaynağı Güneş olan ısı ve parlak ışıktır. Güneş'in çekirdeğinde yer alan füzyon süreci ile açığa çıkan ışınım enerjisidir. Güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi füzyon sürecinden kaynaklanır. Dünya atmosferinin dışında Güneş ışınımının şiddeti, aşağı yukarı sabit ve 1370 Watt/metrekare (W/m2) değerindedir; ancak yeryüzünde 0-1100 W/m2 değerleri arasında değişim gösterir. Bu enerjinin Dünya'ya gelen küçük bir bölümü dahi,insanlığın mevcut enerji tüketiminden kat kat fazladır. Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970'lerden sonra hız kazanmış, Güneş enerjisi sistemleri teknolojik olarak ilerleme ve maliyet bakımından düşme göstermiş, Güneş enerjisi çevresel olarak temiz bir birincil enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir.
Güneş'ten elde edilebilecek enerji
Dünyanın yörüngesi üzerinde, uzayda, birim alana ulaşan Güneş ışınları, Güneş'e dik bir yüzey üzerinde ölçüldükleri zaman 1,366 W/m2’dir. Bu değer Güneş enerjisi sabiti olarak da anılır.[1] Gezegen atmosfer bu enerjinin %6’sını yansıtır, %16’sını da sönümler ve böylece deniz seviyesinde ulaşılabilen en yüksek Güneş enerjisi 1,020 W/m2’dir.[2] [3] Bulutlar gelen ışımayı, yansıtma suretiyle yaklaşık %20, sönümleme suretiyle de yaklaşık %16 azaltırlar. Sağdaki resim 1991 ve 1993 yılları arasında uydu verilerine dayanarak, elde edilebilen ortalama Güneş enerjisinin W/m2 cinsinden gösterimidir. Örneğin Kuzey Amerika’ya ulaşan Güneş enerjisi 125 ile 375 W/m2 arasında değişirken, günlük elde edilebilen enerji miktarı, 3 ila 9 kWh/m2 arasında değişmektedir.[4]
Bu değer, elde edilebilecek mümkün en yüksek değer olup, Güneş enerjisi teknolojisinin sağlayacağı en yüksek değer anlamına gelmez. Örneğin, fotovoltaik (Güneş pili) panelleri, bugün için yaklaşık %15’lik bir verime sahiptirler. Bu nedenle, aynı bölgede bir Güneş paneli, 19 ile 56 W/m2 ya da günlük 0.45-1.35 kWh/m2 enerji sağlayacaktır.[5] [6] Bugünkü %8 verime dayalı teknoloji ile dahi, işaretli bölgelere yerleştirilecek Güneş panelleri, bugün fosil yakıtlar, hidroelektrik vb kaynaklara dayalı tüm santrallerin ürettiği elektrik enerjisinden biraz daha fazlasını üretebilecektir.
Hava kirliliğinin neden olduğu Küresel loşluk ise daha az miktarda Güneş ışının yeryüzüne ulaşmasına neden olduğu için, Güneş enerjisinin geleceği ile ilgili az da olsa endişe yaratmaktadır. 1961-90 yılları arasını kapsayan bir araştırmada, aynı dönem içerisinde deniz seviyesine ulaşan ortalama Güneş ışını miktarında %4 azalma olduğu gözlenmiştir.[7]
Global Güneş enerjisi kaynakları. Haritadaki renkler, 1991-1993 yılları arasında, gerçekleşen ortalama yerel Güneş enerji değerleri hakkında W/m2 cinsinden bilgi vermektedir.
Güneş Dünya'nın yörünge eksenine 1,366 watt/metre² enerji iletir, fakat yer yüzüne ulaşan enerji miktarı biraz daha azdır.
Türkiye Güneş Işınımı Haritası
Güneş enerjisi teknolojileri
Güneş ışınlarından yararlanmak için pek çok teknoloji geliştirilmiştir. Bu teknolojilerin bir kısmı Güneş enerjisini ışık ya da ısı enerjisi şeklinde direk olarak kullanırken, diğer teknolojiler Güneş enerjisinden elektrik elde etmek şeklinde kullanılmaktadır.Güneş enerjili sıcak su sistemleri, suyu ısıtmak için Güneş ışınlarından yararlanır. Bu sistemler evsel sıcak su ya da bir alanı ısıtmak için kullanılabildiği gibi çoğunlukla bir havuzu ısıtmak için kullanılır. Bu sistemler çoğunlukla bir termal Güneş Paneli ile bir de depodan oluşur. Güneş enerjili su ısıtıcıları üç grupta toplanır.
Aktif sistemler, suyun ya da ısı transfer sıvısının çevirimi için pompa kullanırlar.
Pasif sistemler suyun ya da ısı transfer sıvısının devrini doğal çevirim ile sağlarlar.
Kütle sistemleri su tankının doğrudan Güneş ışığı ile ısınmasını amaçlarlar.
Yaygın güneş enerjisi uygulamaları şunlardır
Düzlemsel güneş kollektörleri: Türkiye'de de çok yaygın olarak kullanılan, evlerde sıcak su elde etmede kullanılan sistemlerdir.
Yek-odaklı güneş enerjisi santralleri: Bunlarda, doğrusal, çanak şeklinde ya da merkezi bir odağa yönlendirilmiş dev aynalar kullanılarak, odak noktasında çok yüksek sıcaklıkta ısı elde edilir. Genellikle elektrik üretiminde kullanılır. Ancak henüz bir yaygınlık kazanamamışlardır.
Vakum tüplü güneş enerjisi sistemleri: Vakum tüplü güneş enerjisi kolektörleri: iç içe geçmiş 2 adet silindirik cam tüpün ısı yolu ile birbirine bağlanması ve bu işlem sırasında arasındaki havanın alınması ile üretilir. Dış silindirik tüpün yüzeyine düşen Güneş ışınları aradaki havasız ortamdan geçerek iç kısımdaki silindirik tüpün yüzeyinde absorbe edilmesi ile çalışır. Arada madde olmadığından dolayı sadece ışıma ile ısınan sistem suyu dış hava sıcaklığından bağımsızdır.
Güneş ocakları: Çanak şeklinde ya da kutu şeklinde Güneş ısısını toplayan yapılardır. Gelişmekte olan ülkelerde daha yaygın kullanılır.
Trombe duvarı: Sandviç şeklinde cam ve hava kanalları ile paketlenmiş bir pasif Güneş enerjisi sistemidir. Güneş ışınları gün boyunca, duvarın altında ve üstünde yer alan hava geçiş boşluklarını tahrik ederek, doğal çevirim ile termal kütleyi ısıtırlar. Gece ise trombe duvarı biriktirdiği enerjiyi ışıma yolu ile yayar.[8]
Geçişli hava paneli: Aktif Güneş enerjili ısıtma ve havalandırma sistemidir. Termal Güneş paneli gibi davranan, Güneş'e bakan delikli (perfore) bir duvardan oluşur. Panel, binanın havalandırma sistemine ön ısıtma uygular. Ucuz bir yöntemdir. %70’e kadar verime ulaşılabilir.[9]
Solar İki, Güneş enerji kulesi
Araştırmaya konu olmuş, ancak yaygınlaşamamış bazı ısıl Güneş enerjisi teknolojieri
Güneş havuzları: Havuza atılan tuzların yardımı ile dip tarafta sıcaklık elde edilir. Bunlar daha çok deneysel sistemler olarak kalmışlar, bir yaygınlık gösterememişlerdir.
Güneş bacaları: Bir binanın zemininde toplanan ısı, yüksek ve dar bir bacaya yönlendiğinde, bacada kurulu türbini çalıştırır. Bu da, deneysel aşamada kalmış Güneş enerjisi türlerinden biridir.
Su arıtma sistemleri: Bunlar da bir çeşit havuz sistemidir. Havuzun üstüne eğimli cam kapak yerleştirilir, buharlaşan su tuzdan arınarak bu kapakta yoğunlaşır.
Ürün kurutma sistemleri.
Temiz ve içilebilir su elde etmek: Güneşin sıcaklığı ile bazı basit materyaller bir araya getirilerek temiz su elde etmek mümkündür. Güneşin sıcaklığı ile mevcut nemin buharlaştırılması ile su elde etme yöntemidir.
Güneş pilleri
Güneş pilleri ya da fotovoltaik piller diye anılan cihazlar, yarı iletkenlerin fotovoltaik etki özelliğini kullanarak, Güneş ışığından elektrik enerjisi üretirler. Güneş pilleri, kurulan sisteme bağlı olarak birkaç kW'dan birkaç MW'a kadar elektrik üretebilir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle, yakın zamana kadar oldukça az kullanılmıştır. 1956'lardan bu yana uzayda uydularda, 1970'li yıllarda, elektrik hattından uzak yerlerde, yol kenarlarındaki acil telefon cihazları ya da uzaktan algılama gibi uygulamaların enerji gereksiniminin karşılanmasında kullanılmıştır. Son yıllarda, evlerde elektrik şebekesi ile birlikte çalışan sistemler de yaygınlaşmıştır.
2005 sonu itibarı ile toplam 5,300 MW olduğu zannedilen kurulu Güneş pili kapasitesinin, gelişmiş ülkelerin, Güneş pillerinin evsel amaçlı kullanımına verdiği teşvikler nedeniyle, 2006 yılında da ciddi artış göstermesi beklenmektedir. Gerek kullanımdaki artış, gerekse teknolojik gelişmeler nedeniyle Güneş pillerinin üretim maliyetinde her yıl azalış görülmektedir. Bir Güneş pili panelinin watt başına maliyeti 1990 yılında yaklaşık 7,5 USD iken, 2005 yıllında bu rakam yaklaşık 4 USD seviyesine inmiştir. Gelişmiş ülkelerin sunmuş olduğu teşvikler, Güneş pillerinin yatırım maliyetinin 5 ile 10 yıl arasında geri dönebilmesini sağlamaktadır. Evsel amaçlı kullanılan Güneş pilleri bir inverter aracılığı ile elektrik şebekesine bağlanmakta, böylece üretilen elektriğin akülerde depolanmasından tasarruf edilmektedir. 2003 yılı içerisinde tüm Dünya'da gerçekleşen Güneş pili üretiminde %32'lik bir artış gözlenmiştir.[10] Güneş pili kullanımındaki artış o kadar büyüktür ki, yarı iletken üretiminin talebi karşılayamaması, Güneş pili üretiminin artışında kısıtlamaya neden olmuştur.[11] Bu sorunun 2006 ve 2007'de de devam edebileceği sanılmaktadır.[12]
Türkiye ve Güneş enerjisi
Ana madde: Türkiye'de güneş enerjisi
Türkiye Dünya üzerinde 36o-42o kuzey enlemleri ve 26o-45o doğu boylamları arasında bulunmaktadır. Türkiye'nin yıllık ortalama Güneş Işınımı 1303 kWh/m2yıl, ortalama yıllık güneşlenme süresi ise 2623 saattir. Bu rakam günlük 3,6 kWh/m2 güce, günde yaklaşık 7,2 saat, toplamada ise 110 günlük bir güneşlenme süresine denk gelmektedir. 9,8 milyon TEP (ton eşdeğer petrol) ısıl uygulamalara olmak üzere yıllık 26,2 milyon TEP enerji potansiyeli mevcuttur. Yılın 10 ayı boyunca teknik ve ekonomik olarak ülke yüzölçümünün %63'ünde ve tüm yıl boyunca %17'sinden yararlanılabilir.
Termal Güneş enerjisi kullanım miktarı 2007 verilerine göre Türkiye'de ki kurulu güç 7.105 MWth ve 10.150.000 m²'dir.Bu sıralama içinde Türkiye 10 milyon m² kurulu Güneş kollektörleri ile son derece iyi bir yerde bulunmaktadır.
Fotovoltaik Güneş enerjisi kullanım miktarı 2009 verilerine göre 4MW değerine ulaşmış bulunmaktadır.
Mimaride Güneş enerjisi
Güneş enerjisinden yararlanan tasarımlar, çok az daha ilave enerji kullanmak suretiyle, konfor sıcaklığı ve ışık seviyesinin elde edilmesini hedefler. Bunlar pasif Güneş enerjisinde olduğu gibi soğuk ortamlarda daha fazla Güneş ışığı ile sıcak su elde edilmesi şeklinde ya da aktif Güneş enerjisinde olduğu gibi, pompa ve fanlar kullanarak, sıcak ve soğuk havanın (ya da sıvının) yönlendirilmesi şeklinde de olabilir.
Seralar da bir çeşit Güneş mimarisi örneğidir.
Termal Güneş enerjisinden elektrik üretimi
Isıl Güneş enerjisi sistemleri, yaygın olarak, bir ısı eşanjörünü yüksek sıcaklıklara kadar ısıtarak, elde edilen ısının elektrik enerjisine dönüştürülmesi şeklinde kullanılırlar.
Enerji kuleleri
Enerji kuleleri bir ağ şeklinde yerleştirilmiş, çok sayıda düz ve hareketli olurlar.
Yoğunlaştırıcılı kollektörler ve buhar motorları
Bir yoğunlaştırıcılı kollektörde ısıya dönüştürülen Güneş enerjisi, nükleer ya da kömürlü elektrik santrallerinde olduğu gibi, suyun kaynatılarak buhara dönüştürülmesi ve elde edilen buharla da bir buhar motoru ya da bir buhar türbininin tahrik edilmesi suretiyle elektrik enerjisi elde edilir.
Stirling motoru buharla çalışan motorlara benzer. Bu tür motorlarda buhar yerine gaz kullanılır. Bir stirling motoru herhangi bir tür ısı kaynağı ile tahrik edilir. Stirling motoru, içinde belirli bir gaz bulunan ve kapalı devre çalışan bir ısı motorudur. Stirling motorunun çalışma sistemi sıcak ve soğukluk farkına dayanır. Kapalı devre bir sisteme sahip motorun içine dışarıdan bir yakıt verilmez. Stirling motorunun çalışması için gerekli enerji dışardan ısı şeklinde verilir.
Güneş enerjisinin elektriğe dönüştürülmesinde stirling motorunun kullanımı, %30'luk bir verim ile en yüksek verime sahip bir sistem olarak kabul edilir.
Güneş paneli
Güneş paneli, üzerinde güneş enerjisini soğurmaya yarayan birçok güneş hücresi bulunduran bir enerji kaynağıdır.
6-30 (1000 Watt) panellik bir sistem, ihtiyaç olan yerlerde bir evin, 3000 watt'lık bir sistem ortalama bir binanın tüm elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Endüstri uygulamaları veya elektrik santralleri için binlerce güneş panelinin kullanıldığı büyük sistemler kurulmaktadır. Bir güneş hücresinin performansı verimi ile ölçülür. Aldığı enerjinin yüzde kaçını kullanılabilir elektriğe dönüştürdüğü verimi belirler.
Sadece belli dalga boylarındaki ışık elektriğe dönüştürülebilir, geri kalan büyük miktar hücreyi oluşturan madde tarafından ya emilmekte ya da yansıtılmaktadır. Paneller, mevsimlere bağlı olarak farklı açılarla güneşe doğru yönlendirilerek her mevsimde azami verim alınması mümkün olmaktadır.
Güneş enerji santral türleri
Güneş Enerji Santralleri temelde fotovoltaik sistem ve termal sistem olmak üzere iki türdedir.
Fotovoltaik sistemde, güneşten gelen radrasyon, paneller vasıtası ile enerjiye çevrilir ve elde edilen enerji inverter cihazı ile kullanıma uygun hale getirilir.
Termal sistemlerde özel aynalar vasıtası ile güneş ışınları belli bir noktaya iletilmekte, bu noktada bulunan yağ ya da su ısıtılmakta, ısıtılan sıvı ile termik sistemlerde olduğu gibi buhar basıncı vasıtası ile mekanik enerji kinetik enerjiye çevrilmektedir.
Türkiye'de Güneş Enerjisi
Türkiye'de bulunan Güneş Enerji Santrallerinin toplam kurulu gücü 248,80 MW'dır.
Türkiye'de 271 adet güneş santrali bulunmaktadır (2014), toplam kurulu güç 241 MWe'dir ve yıllık elektrik üretimi 354 GWh'dir
Güneş Paneli Nasıl Çalışır?
Güneş ışığı foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Her dakika güneşten gelen fotonlar dünyanın bir yıllık enerji tüketimine yetecek kadar enerjiyi dünyamıza ulaştırırlar.
Güneşten gelen bu enerjiyi kullanarak elektrik üretme amaci ile güneş panelleri, başka bir deyişle fotovoltaik paneller kullanılır.Güneş panelleri yani Fotovoltaik paneller , birçok solar hücreden oluşur.
Bu hücreler silikon adı verilen ve dünyamızda çokça bulunan elementlerden yapılır.Herbir hücre, aynen pillerde de olduğu gibi, elektrik akimi yaratmak için bir pozitif ve bir negatif katmandan oluşur.
Güneşten gelen fotonlar güneş panelinin üzerinde bulunan bahsettiğimiz bu hücreler tarafından emildiklerinde, açığa çıkan enerji elektronların özgürce hareket etmelerine yol açar.Elektronlar panelin alt kışıma doğru yol alır ve bağlantı kablosundan dışarı çıkarlar. Elektronların bu akımına elektrik denir.
ElektrikPort editörlerinden Hakan Çolakoğlu tarafından alt yazı çevirisi ve düzenlemesi gerçekleştirilen ElektrikPort Laboratuvar Eğitimleri serisinin devam eğitimi olan Güneş Paneli Nasıl Çalışır eğitimini izleyebilirsiniz.
Güneş panelleri nasıl yapılır nasıl çalışır ?
GÜNEŞ PANELLERİ NASIL ÇALIŞIR
Güneş paneli, üzerinde güneş enerjisini soğurmaya yarayan birçok güneş hücresi bulunduran bir enerji kaynağıdır. 8-24 panellik bir sistem, ihtiyaç olan yerlerde rüzgar enerjisinin de desteği ile normal bir evin tüm elektrik ihtiyacını karşılayabilir. Endüstri uygulamaları veya elektrik santralleri için binlerce güneş panelinin kullanıldığı büyük sistemler kurulmaktadır. Bir güneş hücresinin performansı verimi ile ölçülür. Aldığı enerjinin yüzde kaçını kullanılabilir elektriğe dönüştürdüğü verimi belirler.
Sadece belli dalga boylarındaki ışık elektriğe dönüştürülebilir, geri kalan büyük miktar hücreyi oluşturan madde tarafından ya emilmekte ya da yansıtılmaktadır. Paneller, mevsimlere bağlı olarak farklı açılarla güneşe doğru yönlendirilerek her mevsimde azami verim alınması mümkün olmaktadır. Türkiye için genelde geçerli olan 60º kış eğimi sayesinde ve panel camlarının özelliği nedeni ile buzlanma veya kar birikmesi engellenmektedir. Güneş panellerinin çıkışına takılan özel güneş regülatörleri ile 12 ay boyunca en optimal koşullarda akü şarjı yapılmaktadır. Akülerde depolanan enerji yüksek verimli tam sinüs DC-AC (doğru akım – alternatif akım) çeviriciler ile 220 V AC akıma çevirilebilmektedir.
GÜNEŞ PANELLERİ NASIL YAPILIR
Güneş ışığı ve yarı iletken silikonun etkileşimi ile artı ve eksi yükler dolayısıyla bir voltaj farkı ortaya çıkar. Metal bağlantılarla iletilen, doğru akım özelliğine sahip, çok sayıda güneş hücresinin tek ünite altında bir araya getirilmesi ile -17 verimle 130Wa kadar enerji sağlayabilen güneş panelleri üretilir. Bu paneller, ilk kez uzay araçlarına elektrik sağlanması amacıyla kullanılmış, zaman içinde kapasiteleri arttıkça kullanım alanları yaygınlaşmıştır. Güneş panelleri, güneş ışığını direk olarak elektriğe çevirir. PV (Fotovoltaik) hücreleri, daha önce saat ve hesap makinelerinde kullanılmıştı. Güneş ışığı, bu maddeler tarafından emildiğinde, elektronlar bulunduğu atomlardan ayrılarak madde içinde serbest kalır ve böylece elektrik akımı oluşur. Işığın (foton), elektriğe (voltaj) dönüşümüne fotovoltaik efekt adı verilmiştir. Yeni paneller, gölgeli havalarda bile önemli miktarda elektrik enerjisi üretebilmektedir. Güneş enerjisi mekan ısıtma, su ısıtma, arıtma amaçlı kullanılabilir. Ülkemizde kollektör üretimini daha iyiye kanalize etmek ve standard bilincinin oluşmasına yardımcı olmak amacına yönelik olarak EİE Yenilenebilir Enerji Kaynakları Araştırma Parkına bilgisayar destekli bir güneş kollektörü test standı tesis edilmiştir. Türk Standartları Enstitüsü ile yapılan protokol çerçevesinde TS – 3680 standardının ısıl performans deneyleri bu standda gerçekleştirilmektedir. Ayrıca üreticilerin geliştirdikleri ürünler de bu standda ücretsiz olarak test edilmektedir. Gün boyunca güneş enerjisinden üretilen elektrik ile akü şarj edilerek, geceleri lamba çalıştırılmaktadır. Güneş pili aydınlatma birimi, 48 Wlık 2 adet güneş pili modülü, 65 Ah-12 V kuru akü ve 20 Wlık PLC lamba, 100 VA gücünde, 12VDC / 220VAC sinüs dalga invertör ve şarj regülatörü birimlerinden oluşmaktadır. Bu birimlerden 2 tanesi Ankara AOÇ Atatürk Evi önünde, 2 tanesi ise Aydın Yenihisar Güneş ve Rüzgar Enerjisi Araştırma Merkezinde bulunmaktadır.
Güneş panelleri nasıl yapılır nasıl çalışır ?
Bu videoyu izleyiniz
veya link
https://www.youtube.com/watch?v=w5kKgq5WD3o
veya alamanca
link
https://www.youtube.com/watch?v=I80eGkvniQ8
Fotos
Kar©glan Başağaçlı Raşit Tunca
